Triconex SIS i elektrozawory Emerson ASCO: praktyczna integracja z systemami awaryjnego wyłączania

Czym jest zawór elektromagnetyczny w systemie oprzyrządowania bezpieczeństwa?

Zawór elektromagnetyczny (SOV) w systemie oprzyrządowania bezpieczeństwa (SIS) steruje dopływem powietrza lub cieczy hydraulicznej do automatycznych zaworów otwierających/zamykających oraz awaryjnych zaworów odcinających (EBV). Gdy sterownik Safety PLC wykryje niebezpieczny stan, odłącza zasilanie zaworu elektromagnetycznego. Powoduje to odpowietrzenie siłownika i przestawienie zaworu do pozycji bezpiecznej w przypadku awarii. Takie działanie nazywa się odłączeniem zasilania w celu zadziałania.

W większości zakładów naftowych, gazowych i chemicznych system SIS działa niezależnie od podstawowego systemu sterowania procesem (BPCS). Sterownik bezpieczeństwa Triconex (firmy Schneider Electric) oraz zawory elektromagnetyczne Emerson ASCO to standardowe branżowe połączenie stosowane w tej architekturze.

Szczegółowe wymagania dotyczące zaworów SOV w systemach SIS (IEC 61511 / ISA-84)

Norma IEC 61511 określa rygorystyczne wymagania dotyczące zaworów elektromagnetycznych SIS. Po pierwsze, zawór SOV musi posiadać certyfikat odpowiedniego poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL). Po drugie, zawór musi działać bezpośrednio (ze sprężyną powrotną), aby zagwarantować bezpieczne zachowanie w przypadku utraty zasilania. Po trzecie, prawdopodobieństwo niewykonania funkcji na żądanie (PFD) musi spełniać wymagania docelowego poziomu SIL.

W przypadku aplikacji SIL 2 łączna wartość PFD przetwornika, sterownika Safety PLC i zaworu SOV powinna pozostać poniżej 0,01. Dla SIL 3 docelowa wartość PFD spada poniżej 0,001. Zawory Emerson ASCO serii 8210 i 8260 są powszechnie stosowane w pętlach SIL 2, jeśli zostały prawidłowo zaprojektowane.

Ponadto należy oddzielić okablowanie SIS od okablowania BPCS. Należy prowadzić je w oddzielnych korytach kablowych. W obwodzie SOV należy stosować kabel ekranowany, aby zapobiec zakłóceniom elektrycznym wywołującym niepożądane zadziałania.

Okablowanie i konfiguracja krok po kroku

Poniżej przedstawiono praktyczną procedurę terenową podłączania zaworu elektromagnetycznego Emerson ASCO do modułu wyjściowego sterownika Triconex:

• Krok 1 — Zidentyfikuj kanał wyjściowy. Zlokalizuj moduł wyjść cyfrowych Triconex. Potwierdź, że kanał jest przeznaczony do pracy przy napięciu 24 VDC i ma obciążalność prądową ≥ 500 mA dla cewki ASCO. Moduł DO Output Module DO3401 Invensys Triconex oraz Triconex 3625 Digital Output Module to sprawdzone rozwiązania dla obwodów SOV systemów SIS.
• Krok 2 — Podłącz cewkę SOV. Podłącz przewód dodatni do dodatniego zacisku kanału DO. Podłącz przewód ujemny do szyny powrotnej 24 VDC. Zainstaluj diodę gaszącą równolegle do zacisków cewki, aby tłumić przepięcie indukcyjne.
• Krok 3 — Skonfiguruj wyjście w TriStation 1131. Ustaw tryb wyjścia na „Odłączenie zasilania przy zadziałaniu”, aby zapewnić działanie bezpieczne w przypadku awarii. Zaprogramuj wartość zadaną zadziałania w logice sterownika Safety PLC. Przypisz kanał do odpowiedniego elementu zadziałania, np. wysokiego-wysokiego ciśnienia PSAHH.
• Krok 4 — Dodaj redundancję (głosowanie 1oo2). W przypadku wyższych wymagań SIL zastosuj dwa zawory SOV połączone szeregowo (1oo2). Dwuwyjściowy moduł Triconex steruje obiema cewkami jednocześnie. Otwarcie któregokolwiek zaworu SOV powoduje zadziałanie. Triconex 9662-810 DO Termination Panel obsługuje 16-punktowe okablowanie 24 VDC dla konfiguracji z wieloma zaworami SOV.
• Krok 5 — Sprawdź obwód. Wykonaj test symulacyjny z wymuszonym sygnałem. Wprowadź sygnał zadziałania ze sterownika Safety PLC. Potwierdź, że zawór SOV odłącza zasilanie, a zawór EBV zamyka się w określonym czasie bezpiecznego wyłączenia (SST), zwykle ≤ 2 sekund w przypadku zabezpieczeń maszyn wirnikowych.

Jak wydłużyć trwałość zaworu elektromagnetycznego SIS w warunkach eksploatacyjnych

Awaria zaworu elektromagnetycznego jest jedną z głównych przyczyn niepożądanych zadziałań w systemach oprzyrządowania bezpieczeństwa. Niepożądane zadziałanie kosztuje rafinerię o wydajności 100 000 baryłek dziennie około 500 000 USD za każde zdarzenie. Dlatego wydłużenie trwałości zaworu SOV bezpośrednio poprawia niezawodność i rentowność zakładu.

Po pierwsze, należy doprowadzać do cewki 85% napięcia znamionowego zamiast pełnego napięcia. Ogranicza to nagrzewanie cewki o około 28% i dwukrotnie wydłuża trwałość cieplną uzwojenia. Po drugie, należy zainstalować zawór SOV w miejscu, w którym temperatura otoczenia utrzymuje się poniżej 55 °C. Po trzecie, należy stosować filtrowane zasilanie, aby zapobiec skokom ciśnienia powyżej ciśnienia znamionowego zaworu. Po czwarte, należy wykonywać co pół roku testy częściowego skoku (PST) zaworów EBV, aby sprawdzać ich reakcję bez wyłączania pętli z eksploatacji.

Rozwiązywanie typowych awarii SOV w pętlach SIS sterownika Triconex

Gdy sterownik Safety PLC wywoła zadziałanie, ale zawór nie zareaguje, technicy powinni kolejno sprawdzić następujące elementy. Po pierwsze, należy zmierzyć multimetrem napięcie 24 VDC na zacisku SOV. Jeśli napięcie jest obecne, cewka ma przerwę w obwodzie — należy ją wymienić. Po drugie, jeśli napięcie nie występuje, należy sprawdzić diodę LED modułu wyjściowego Triconex. Ciągłe zielone światło LED oznacza, że moduł jest zasilany, natomiast bursztynowe światło LED wskazuje usterkę obwodu terenowego. Po trzecie, należy sprawdzić ciągłość kabla za pomocą testera ciągłości. Przerwany przewód odprowadzający ekranowania w kablu ekranowanym może powodować nieregularne działanie. Po czwarte, należy sprawdzić ręczny mechanizm obejścia SOV. Jeśli po konserwacji ręczny reset nie został przełączony z powrotem w tryb automatyczny, zawór nie będzie reagował na polecenia elektryczne.

Podsumowanie i zalecenia dotyczące działań

Połączenie zaworów elektromagnetycznych Emerson ASCO ze sterownikami bezpieczeństwa Triconex stanowi podstawę systemów awaryjnego wyłączenia w wielu gałęziach przemysłu procesowego. Prawidłowe okablowanie, weryfikacja poziomu SIL oraz konsekwentny harmonogram konserwacji obejmujący testy częściowego skoku są niezbędne do zapewnienia bezpiecznej i niezawodnej pracy zakładu.

Zalecenie: W tym tygodniu przejrzyj aktualne schematy okablowania zaworów SOV. Sprawdź, czy wszystkie zawory elektromagnetyczne SIS są podłączone do dedykowanych wyjść sterownika Safety PLC. Jeśli którykolwiek zawór SOV współdzieli obwód z BPCS, natychmiast rozpocznij procedurę zarządzania zmianą. Niepożądanym zadziałaniom można zapobiec.